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基于单片机的含计数功能的智能电子天平的研发

作　者: 范俊刚
导　师: 李振亮
学　校: 天津科技大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 电子天平电子计数仪表单片机称重传感器模数转换自动去误差抗干扰
分类号: TH715
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,精密测量越来越多的应用到生活及生产过程中,应用的领域也越来越细,现代称重与计数技术已成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务及商业销售领域中不可缺少的组成部分。几乎在所有的工业领域都要应用到称重与计数技术,称重与计数结果质量好坏直接影响到产品质量和企业的经济效益。尤其在小质量器件的计数包装中,一方面要求有较高的精度；另一方面要有适合定量计数包装的智能化计数和自动去除误差的功能。这就要求电子天平具有高分辨率、低零点误差漂移和可靠的自动去除误差方法。因此,研发适合小质量器件定量包装的高精度电子天平具有很高的应用价值和现实意义。针对小质量器件的称重和计数包装特点,本文设计了一个基于单片机的可以实现高精度称重和智能计数的智能仪表。仪表主要由电源、称重传感器、单片机、键盘／开关、LCD显示器等部分构成。仪表输入采用电阻应变式称重传感器,模数转换利用具有24位精度的A/D转换器把传感器的模拟信号转换为数字信号送给单片机处理。通过软件的设计可以完成高精度的称重和针对小质量器件的准确计数。仪表还设计了按键、液晶显示器及翁鸣器等输入输出器件实现了良好的人机交互功能,能够完成对称重和计数的标定以及相关参数的设置。另外仪表还预留了通讯接口,为以后的升级以及联网数据传送奠定了基础。论文首先介绍了电子天平和电子计数仪表的发展现状,提出本课题研究的意义。然后讲解称重以及计数的原理。随后从硬件设计和软件设计方面对系统做详细说明。最后就提高系统精度和去除误差方法及实验验证做了详细的研究。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 前言  9-12
  1.1 电子天平和电子计数仪表的发展现状  9
  1.2 课题的研究背景  9-10
  1.3 论文的主要工作和解决的主要问题  10-12
    1.3.1 论文解决的主要问题  10-11
    1.3.2 论文研究的主要内容  11-12
2 电子天平(含计数)的测量原理  12-26
  2.1 称重传感器  12-16
    2.1.1 称重传感器的定义  12
    2.1.2 称重传感器的分类  12-14
    2.1.3 称重传感器的选型  14-16
  2.2 电阻应变式传感器的工作原理  16-18
    2.2.1 电阻应变片  16-17
    2.2.2 弹性体  17
    2.2.3 检测电路  17-18
  2.3 模数转换  18-23
    2.3.1 概述  18-19
    2.3.2 模数转换的基本理论  19-21
    2.3.3 常用模/数转换器的基本原理  21-23
  2.4 称重和计数原理  23-25
    2.4.1 称重原理  23-25
    2.4.2 计数原理  25
  2.5 小结  25-26
3 系统硬件电路设计  26-40
  3.1 系统的硬件结构和工作原理  26-27
  3.2 电源电路设计  27-28
  3.3 A/D转换模块的设计  28-31
    3.3.1 A/D转换模块电路原理图设计  28-31
    3.3.2 A/D转换模块印刷电路板设计  31
  3.4 人机交换器件的电路设计  31-35
    3.4.1 键盘接口电路设计  32-33
    3.4.2 液晶屏接口电路设计  33-35
    3.4.3 蜂鸣器接口电路设计  35
  3.5 通讯模块设计  35-38
    3.5.1 RS232通讯模块  36-37
    3.5.2 RS485通讯模块  37-38
  3.6 系统主板电路设计  38
  3.7 前面板电路设计  38-39
  3.8 后面板电路设计  39
  3.9 小结  39-40
4 系统软件设计  40-72
  4.1 主板单片机程序设计  40-52
    4.1.1 系统整体程序设计  40-41
    4.1.2 初始化程序设计  41-42
    4.1.3 键盘扫描程序设计  42-44
    4.1.4 处理工作状态  44-47
    4.1.5 液晶显示程序设计  47-52
  4.2 A/D转换模块控制单片机程序设计  52-62
    4.2.1 A/D转换器CS5532控制  52-62
    4.2.2 采集到的A/D值的处理  62
  4.3 SPI通讯程序设计  62-69
    4.3.1 SPI通讯原理  62-63
    4.3.2 宏晶科技STC12C系列单片机SPI通讯  63-65
    4.3.3 主机程序设计  65-67
    4.3.4 从机程序设计  67-69
  4.4 称重和计数状态的程序设计  69-71
    4.4.1 称重状态的程序设计  69-70
    4.4.2 计数状态的程序设计  70-71
  4.5 小结  71-72
5 系统误差分析和去除误差的方法  72-79
  5.1 误差分析  72-74
    5.1.1 外界干扰  72
    5.1.2 系统精度  72
    5.1.3 物件质量误差  72-74
  5.2 误差去除方法  74-78
    5.2.1 外界干扰产生的误差的去除  74-77
    5.2.2 系统精度产生的误差的去除  77
    5.2.3 物件质量误差引起的计数误差的去除  77-78
  5.3 小结  78-79
6 实验验证  79-87
  6.1 实验平台  79-81
    6.1.1 主机  79-80
    6.1.2 传感器  80-81
    6.1.3 称台  81
  6.2 称重精度实验验证  81-85
  6.3 计数精度和去误差功能实验验证  85-86
  6.4 抗干扰实验验证  86
  6.5 小结  86-87
7 结论及展望  87-88
8 致谢  88-89
9 参考文献  89-94
10 攻读硕士学位期间论文发表情况  94

基于单片机的含计数功能的智能电子天平的研发

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